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DISPOSITIF DE COMMUTATION A PERCUSSION SYMETRIQUE, UTILISANT UN DISPOSITIF A DEPASSEMENT DE POINT MORT. La présente invention concerne un dispositif de commutation à percussion symétrique, utilisant un dispositif à dépassement de point mort.
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j D'une manière générale, on sait que les dispositifs à dépas- sement de point mort sont utilisés couramment dans des appareils électromécaniques tels que, par exemple, des interrupteurs ou des contacts de commande.
Ainsi, on a déjà proposé des ensembles inverseurs faisant intervenir des dispositifs à dépassement de point mort et comprenant, mobiles dans un plan déterminé : - un levier qui porte à l'une de ses extrémités, un, élément de contact mobile et qui est monté rotatif à distance de cette extrémité autour d'un axe perpendiculaire audit plan, de manière à pouvoir passer d'une première à une deuxième position angulaire définissant un secteur angu- laire, de préférence aigu, ces deux positions angulaires étant définies par deux butées qui consistent chacune en un élément de contact fixe qui coopère avec l'élément de contact mobile, et
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- un ressort dont une extrémité est fixée au levier, en un emplacement distant dudit axe, et dont l'autre extrémité, associée à des moyens de commande,
est mobile en transla- tion dans une région dudit plan extérieure audit secteur angulaire.
Selon cette structure, la position de point mort est atteinte lorsque le ressort s'étend colinéairement au levier.
En l'absence de forces de frottement, cette position de point mort est théoriquement instable, de sorte que le moindre écart angulaire d'un côté (ou de l'autre) entre le ressort et le levier provoquera un basculement du levier de ce côté (ou de l'autre).
Il s'avère que dans un tel dispositif, la composante transversale des efforts appliqués sur le levier par le ressort (couple) s'annule au passage par le point mort avant de s'inverser et qu'elle demeure très faible dans les deux zones avoisinant ce point et situées de part et d'autre de celui-ci.
Il s'agit là d'un inconvénient particulièrement important notamment dans le cas où les déplacements imposés au ressort par les susdits moyens de commande sont des déplacements lents et peuvent comprendre des temps d'arrêt dans lesdites zones.
En effet dans ces zones, la pression de contact, élément de contact mobile/élément de contact fixe, sera quasiment nulle. En conséquence, la qualité du contact électrique sera franchement mauvaise et le passage du courant s'effectuera aléatoirement en fonction des perturbations (par exemple les vibrations) dont est affecté le dispositif.
Il est clair qu'un tel fonctionnement peut être préjudiciable aux circuits commandés par un tel dispositif et est, dans la plupart des cas, inacceptable.
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L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients en dissociant la fonction actionnement assurée par le dispositif à dépassement de point mort de la fonction commutation et en utilisant, pour cette fonction de commutation, des dispositifs interrupteurs actionnés par percussion par le dispositif à dépassement de point mort.
Elle propose, d'une façon générale, un dispositif utilisant un dispositif bistable à dépassement de point mort comprenant un actionneur mobile entre au moins deux positions, et un organe de commande dont le déplacement provoque un basculement d'une position à l'autre de l'actionneur, après franchissement d'une position de point mort, et deux dispositifs interrupteurs dont les organes d'actionnement sont disposés de part et d'autre de l'actionneur de manière à ce que chacun de ces organes d'actionnement coopère avec ledit actionneur dans une fraction de la course de celui-ci, attenante à l'une correspondante des deux positions.
Selon l'invention, ce dispositif est plus particulièrement caractérisé en ce que ledit actionneur consiste en un levier monté rotatif autour d'un premier axe fixe de manière à pouvoir basculer entre deux butées définissant deux portions angulaires, et comprenant au moins une partie apte à coopérer avec ledits organes d'actionnement, ce levier étant soumis à l'action d'un ressort dont une première extrémité est fixée au levier en un emplacement distant dudit axe fixe, et dont une portion située à distance de ladite extrémité est mobile sous l'action dudit organe de commande, l'ensemble comprenant ledit levier et ledit ressort constituant ledit dispositif bistable.
Avantageusement, les organes d'actionnement de ces dispositifs interrupteurs sont sollicités par des moyens élastiques de manière à exercer un effort antagoniste mais de valeur inférieure à celui produit par l'actionneur lors de la susdite coopération.
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Dans le cas où l'on souhaite réaliser un ensemble inverseur, les deux interrupteurs seront de type normalement fermé, étant entendu que selon la position qu'il occupe, l'actionneur maintiendra l'un des dispositifs interrupteurs ouvert, tandis que l'autre qui ne sera pas sollicité, sera en position fermée.
Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure l est une représentation schématique d'un interrupteur-inverseur de type connu utilisant un dispositif à dépassement de point mort ;
La figure 2 est un diagramme des forces mises en jeu au niveau du basculeur du dispositif à dépassement de point mort représenté figure 1 ;
La figure 3 représente schématiquement un dispositif de commutation à double percussion réalisé conformé- ment à la présente invention ;
La figure 4 est un diagramme des forces mises en jeu lors de l'application d'une force FB sur le ressort associé au basculeur utilisé dans le dispositif repré- senté figure 3 ;
La figure 5 est un diagramme des forces mises en jeu au niveau de l'un des porte-contacts mobile utilisé dans le dispositif représenté figure 3 ;
La figure 6 est un diagramme représentatif des efforts et des courses au niveau des surfaces de butée des deux porte-contacts mobiles du dispositif représenté sur la figure 3 et ce, au cours de la phase de déclen- chement ;
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La figure 7 est un diagramme similaire à celui de la figure 6, mais dans le cas de la phase de réarmement ;
La figure 8 est un diagramme représentatif des varia- tions mutuelles des paramètres a, b, c et FF interve- nant dans les diagrammes représentés figures 6 et 7 ;
La figure 9 est une représentation schématique d'un mode d'exécution d'un porte-contact mobile sollicité par un ressort et dont l'effort exercé au niveau de sa surface de butée présente une pente quasiment nulle.
Avec référence à la figure 1, le double contact inverseur classique à dispositif à dépassement de point mort se compose d'un porte-contact mobile se présentant sous la forme d'un levier 1 (ou d'une lame) articulé, à l'une de ses extrémités, autour d'un axe 0 et portant, à son autre extrémité, une double pastille de contact 2.
Ce levier 1 peut osciller entre deux positions angulaires OX, OZ pour lesquelles la double pastille de contact 2 vient en butée fin de course sur deux éléments de contact fixes respectifs 3,4.
L'actionnement de ce levier 1 s'effectue au moyen d'un ressort 5 dont une extrémité 6 est reliée au levier 1, et dont l'autre extrémité 7 est fixée sur un support en un point 8 grâce à une liaison mécanique 9 éventuellement souple.
Le déplacement de l'extrémité 7 du ressort peut donc être assuré, soit par un déplacement, par exemple en translation du point de support 8, soit en exerçant sur cette extrémité 7 une force F.
La disposition relative du ressort 5 et du levier 1 est prévue de manière à ce qu'au cours de la trajectoire de son extrémité 7, dans un sens ou dans l'autre, le ressort 5
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devienne colinéaire au levier et que dans chacun desdits sens, on obtienne un passage par point mort au-delà duquel le levier qui se trouvait dans l'une des positions OX ou OZ, basculera jusqu'à occuper l'autre position, en amenant la double pastille 2 en contact avec l'élément de contact fixe correspondant.
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Comme on peut le voir sur la figure 2, la force FR exercée n par le ressort 5 sur le levier 1 peut se décomposer en une force Fi colinéaire avec le levier l et une force Fp perpen-
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diculaire à ce dernier, avec Fp = FR sin a, a étant l'angle formé par le ressort 5 et le levier 1.
La force de contact F C exercée au niveau de la double pastille de contact 2 est alors telle que FCL2 = FpLl, L-. étant la distance de l'extrémité 6 du ressort 5 à l'axe de rotation 0 et L2 étant la distance entre la double pastille de contact 2 et l'axe O. L'expression de cette force de contact FC est donc la suivante :
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Lorsque sous l'action d'un effort F appliqué sur l'extrémité 7 ou d'un déplacement amenant le point de support 8 de la position représentée à l'emplacement 8', le ressort 5 se trouve aligné avec le levier l, l'angle a est nul et la
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force de contact FC est nulle. Cette particularité n'est pas gênante lorsque le déplacement de l'extrémité 7 du ressort est rapide.
Par contre, dans le cas où ce déplacement dépend d'une grandeur physique à variation lente (thermostat, relais thermiques) il peut y avoir un temps d'arrêt au voisinage du point mort et, en conséquence, un maintien dans le temps d'une situation dans laquelle l'effort de contact est pratiquement nul, ce qui peut être préjudiciable au bon fonctionnement des automatismes associés (mauvais contact par effort quasiment nul ou par vibrations externes).
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La solution faisant l'objet de la présente demande permet d'éviter cet inconvénient.
Elle utilise un dispositif à dépassement de point mort du type de celui précédemment décrit et fait donc intervenir, dans une disposition similaire, un levier ou basculeur 11 et un ressort 12 dont une extrémité 13 peut être déplacée, soit par l'application d'une force FB sur cette extrémité, soit par déplacement du point de support 14.
Toutefois, dans ce cas, l'extrémité 11'du levier 11 ne supporte pas d'élément de contact mais coopère avec les organes d'actionnement de deux dispositifs interrupteurs disposés de part et d'autre de cette extrémité. De ce fait, le franchissement de la position de point mort par l'extrémité 13 du ressort 12 entraînera à la suite du basculement du levier 11 une percussion de l'un ou l'autre des organes d'actionnement des dispositifs interrupteurs.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les dispositifs interrupteurs comprennent chacun un porte-contact mobile 15,16 consistant en une lame articulée à l'une de ses extrémités 17,18 et dont l'autre extrémité est munie d'un élément de contact mobile 19,20 qui coopère avec un élément de contact fixe 21,22. Cette extrémité comprend en outre une surface de butée 23,24 qui s'étend dans le passage de l'extrémité 11'du levier 11 et sert ainsi d'organe d'actionnement sur lequel vient percuter le dispositif à passage de point mort pour effectuer la séparation de l'élément de contact mobile 19,20 et de l'élément de contact fixe 21,22.
Par ailleurs, chacun des porte-contacts mobiles 15,16 est sollicité par un ressort de rappel 25,26 respectif tendant à appliquer l'élément de contact mobile 19,20 contre l'élément de contact fixe 21,22 qui lui correspond. Comme on le verra par la suite, ce ressort 25,26 dont l'action est antagoniste à celle du ressort 12 lorsque l'extrémité 11'du
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levier 11 coopère avec la surface de butée 23,24 de l'élément de contact mobile 15,16 qui lui est associé, sert à assurer une légère anticipation du passage du point mort.
Dans cet exemple, le basculement du levier 11 est limité par trois butées, à savoir : - une première butée fixe A disposée du côté de l'élément de contact mobile 15, cette butée A est destinée à matériali- ser un premier état stable correspondant à la position repos du dispositif ;
dans cette position, l'élément de contact mobile 19 est maintenu écarté de l'élément de contact fixe 21 par l'action de l'extrémité 11'du levier
11 sur la surface de butée 23 du porte-contact mobile 15 (le couple exercé sur le levier 11 par le porte-contact mobile 15 étant inférieur à celui produit par le ressort
12) ; par ailleurs, du fait que le porte-contact mobile 16 n'est pas sollicité par le levier 11 l'élément de contact mobile 20 est en appui sur l'élément de contact fixe 22 sous l'effet du ressort 26 ; - une deuxième butée A'disposée du côté du porte-contact mobile 16 et qui matérialise le deuxième état stable et réversible qui correspond à l'état déclenché du disposi- tif.
Il s'agit de la position inverse de celle représentée figure 3, et dans laquelle les éléments de contact 20 et
22 sont séparés, tandis que les éléments de contact 19 et
21 sont en appui, le porte-contact mobile 16 étant alors sollicité par le levier 11 dont l'extrémité 11'vient en appui sur la surface de butée 24, la position de cette butée A'est en outre prévue de manière à ce que l'on obtienne un état réversible et instable dans lequel le levier 11 conserve sa position tant qu'une force suffisan- te FB est exercée sur l'extrémité 13 du ressort 12 ; l'utilisation de cette butée A'correspond dans un relais thermique au mode "réarmement automatique" :
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- une troisième butée A"située du même côté que la butée A' mais plus écartée de la butée A, de manière à se trouver dans la zone où le dispositif n'est plus réversible, c'est-à-dire dans lequel un déplacement inverse de l'extrémité 13 du ressort 12 n'engendrera pas un nouveau passage du point mort et seule une intervention extérieure permettra de revenir en position de repos ; l'utilisation de cette butée A"correspond dans un relais thermique au mode réarmement manuel.
Il convient de noter que ces butées peuvent agir aussi bien sur le levier 11, comme c'est le cas des butées A, A', A", que sur les porte-contacts mobiles 15,16. C'est la raison pour laquelle on a représenté des butées B, B', B"correspondant à ce deuxième cas.
Compte tenu du fait que les butées A'et A"ne sont pas utilisées simultanément, il est prévu un dispositif permettant la mise en service de l'une ou de l'autre de ces butées.
Il s'avère que l'action des porte-contacts mobiles 15,16 et des ressorts correspondants 25,26 sur le levier 11, modifie légèrement les conditions de fonctionnement du dispositif à passage de point mort précédemment décrit en regard des figures 1 et 2.
Ainsi, s'il n'y avait pas le ressort 25, le levier 11 quitterait la butée A dès lors que le ressort 12 et le levier seraient alignés.
Du fait de la présence du ressort 25 qui agit dans le sens du basculement consécutif au passage du point mort, on obtient une légère anticipation. Lors de ce basculement, le porte-contact mobile 15 accompagne le levier 11 pour percuter et pousser le porte-contact mobile 16 jusqu'à ce que l'élément de contact mobile 19 vienne porter sur l'élément de contact fixe 21. A ce moment, l'effort produit sur la
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surface de butée 24 grâce à l'action du ressort 12 est supérieur à celui produit par le ressort 26, de sorte que le levier 11 poursuit sa course jusqu'à la butée A'ou la butée A".
Le réarmement manuel ou automatique ne peut s'effectuer que dans la mesure où l'extrémité 13 du ressort 12 est revenue ou revient à sa position d'origine (celle représentée sur la figure 3). Dans le cas d'un relais thermique, ce retour peut être assuré par le recul des bilames en phase de refroidissement.
Le réarmement manuel peut, quant à lui, s'effectuer par un déplacement de la butée A" (ou B") jusqu'à ce qu'elle occupe la position de la butée A' (ou B').
S'il n'y avait pas le ressort 26, le réarmement automatique s'effectuerait dès le passage du ressort 12 dans l'axe du levier 11.
L'avantage du dispositif précédemment décrit consiste en ce qu'il supprime le risque d'avoir une pression de contact nulle des éléments de contact mobiles et fixes tant au déclenchement qu'au réarmement. Ceci permet d'avoir une meilleure fiabilité de la commande d'organes subordonnés et par là, d'éviter les perturbations connues (microcoupures, battements) rencontrées avec certains dispositifs classiques à dépassement de point mort.
Il s'avère que ce dispositif convient particulièrement pour servir d'élément de déclenchement/signalisation d'un relais thermique.
Dans ce cas, la déformation des bilames du relais donne un effort FB appliqué à l'extrémité du ressort.
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Comme précédemment mentionné, la force FC fournie en position de repos perpendiculairement à l'extrémité 11'du levier 11 a pour expression :
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cette force s'annulant lorsque l'angle a est nul, c'est-àdire lorsque le ressort 12 est dans l'axe du levier 11.
Par ailleurs, la force exercée par les bilames sur l'extrémité 13 du ressort, le point de support 14 restant fixe, provoque un déplacement conduisant à la configuration représentée figure 4, dans laquelle le ressort 12 fait un angle ss par rapport à la droite passant par le point de support 14 et par son extrémité 12'.
La force fournie par les bilames est égale à FB = FR sin p et, du fait que les angles a et ss sont supposés petits, on peut admettre que la force FR est sensiblement égale à la force initiale FRO (c'est-à-dire qu'en raison de. l'allongement négligeable du ressort 12, la force exercée axialement par ce ressort est sensiblement constante et égale à la force initiale FRO), et que le diagramme effort/course de FB est linéaire.
Or, la force Fe fournie à l'extrémité 11'du levier 11 dépend uniquement de la force FR supposée constante et de l'angle a supposé petit. On peut donc admettre que le diagramme effort/course à l'extrémité 11"du levier 11 est linéaire pendant le basculement.
En ce qui concerne la force FF fournie au niveau de la surface de butée 23 par le porte-contact mobile 15 et son ressort 25, cette force qui est indiquée sur la figure 5, a pour expression :
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dans laquelle :
13 est la distance comprise entre le point d'accrochage 25'du ressort 25 sur le porte-contact mobile 15 et l'axe de rotation 17,
14 est la distance comprise entre la surface de butée 23 et l'axe 17, y est l'angle formé par le ressort 25 et le porte-contact mobile 15 (ou d'une façon plus générale la droite reliant la surface de butée 23 à l'axe 17), et F-, est la force axiale exercée par le ressort 25.
D'une façon analogue, la force F fournie au niveau de la surface de contact 24 par le porte-contact mobile 16 et son ressort 26, a pour expression :
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dans laquelle les expressions le, 16, F2 et 6 sont les homologues des expressions 13, 141 Fi et y. Les angles y et 6 étant supposés petits, on peut admettre que pour les deux porte-contacts mobiles 15,16, les diagrammes effort/course sont linéaires.
Compte tenu du fait que les deux porte-contacts mobiles de l'ensemble inverseur sont actionnés par les déformations des bilames du relais causées par un échauffement ou un refroidissement, il est préférable que les diagrammes effort/course de ces porte-contacts mobiles soient symétriques.
La force FF fournie au repos par le porte-contact mobile 15 est antagoniste de celle FC du levier 11. L'action des bilames sur l'extrémité 13 va, en déformant le ressort 12, réduire l'angle a et la force FC. Pour avoir un fonctionne-
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ment franc, il faut que dès que FC devient légèrement inférieur à FF, le levier 11 puisse basculer franchement jusqu'à son deuxième état stable. Il faut donc qu'au passage, il puisse fournir sur la surface de butée 24 un effort supérieur à celui de l'effort résistant fourni par le ressort 26 du porte-contact mobile 16 pour provoquer l'ouverture des éléments de contact 20,22.
Par sécurité, il faut que ce passage puisse se faire franchement hors énergie cinétique, c'est-à-dire que statiquement, l'effort moteur produit par le levier 11 et le portecontact mobile 15 soit supérieur à l'effort résistant exercé par la surface de butée 24.
A cet effet, il faut que la pente de l'effort moteur FC soit bien supérieure à celles des efforts résistants exercés par les porte-contacts mobiles.
Cette particularité est illustrée par les diagrammes des figures 6. (déclenchement) et 7 (réarmement) sur chacun desquels est portée en abscisse une échelle de courses et en ordonnée, une échelle de forces. Ces deux échelles sont en unités arbitraires. Ces diagrammes sont représentatifs des efforts et des courses au niveau des surfaces de butée 23 et 24. Pour une question de symétrie, la course totale a été divisée en trois parties sensiblement égales.
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Comme on peut le voir sur ces figures, en position de repos, l'effort FC en extrémité du levier 11, se trouve en un point FCR de l'échelle négative des efforts. La surface de butée 23 du porte-contact mobile 15 appuie sur l'extrémité du levier 11 avec une force égale à FF de la forme FF = cx + b.
Au repos, correspondant à l'abscisse 0, on a FF = b.
Le point d'abscisse 1 correspond à l'attaque de la surface de butée 24 du porte-contact mobile 16 par l'extrémité 11' du levier 11.
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Le point d'abscisse 2 correspond à la fermeture du dispositif interrupteur comprenant les contacts 19 et 21.
Le point d'abscisse 3 correspond à l'état déclenché.
En fonctionnement normal du relais thermique, le levier 11 est en position de repos et le ressort 12 génère à son extrémité une force FCR qui a été située à une valeur arbitraire sur les ordonnées négatives inférieure à l'ordonnée de FC pour l'abcisse 0 après réarmement. En cas de surcharge provoquant le chauffage des bilames, cette force diminue, ou plutôt devient moins négative. Lorsqu'elle atteint la valeur - b, elle équilibre juste la force de repos exercée par le porte-contact 16. Dès qu'elle arrive au voisinage de la valeur-b, (-b +, le levier 11 change d'état et la force engendrée au niveau de son extrémité est, entre les points d'abscisse 0 et 3, de la forme F = ax-b. La courbe en dents de scie OABCDE représente la résultante (somme algébrique) des efforts en jeu au niveau des surfaces de butée 23,24.
Le porte-contact mobile 16 qui présente une caractéristique symétrique de celle du porte-contact mobile 15, donc de même pente C est représenté par une droite de la forme FQ = Cx-d.
Le réarmement automatique du dispositif s'effectue grâce à un processus inverse qui se trouve illustré sur la figure 7.
Lors du déclenchement, la force à l'extrémité 11'du levier 11 avait atteint la valeur FCT. Après déclenchement, les bilames du relais se refroidissent, ce qui se traduit par une diminution de l'effort appliqué à l'extrémité 13 du ressort 12 et, par conséquent, par une diminution de la force FCT. Lorsque cette force atteint la valeur b, elle équilibre la force générée au niveau de la surface de butée 24 par le ressort 26. Pour une valeur de FC légèrement inférieure à b, le levier bascule et retourne à la position
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représentée sur la figure 3. Il s'agit d'un fonctionnement symétrique du précédente symétrie que l'on retrouve par conséquent sur le diagramme de la figure 7.
Les conditions de fonctionnement du dispositif précédemment décrit sont alors les suivantes, étant entendu que pour plus de sécurité, il n'a pas été tenu compte de l'énergie cinétique des pièces en mouvement.
Condition 1 : Au point d'abcisse 0 la force F doit être positive d'où b 7 0.
Condition 2 : Au point d'abscisse 1, le levier 11 doit être
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moteur, ce qui signifie que la force FC qui est de la forme FC = ax-b doit être positive, soit FC = a-b 0 ou a > b.
Condition 3 : Au point d'abscisse 1, la partie inférieure de la résultante en dents de scie doit être supérieure ou égale a zero, soit F-+ F-+ Fo > à zéro, soit F"+ F"+ F : > û, ce qui se. traduit par r < -U l'équation cx + b + ax-b + cx-d = BI 0, et pour x = 1, par la condition a + 2c-d = BI 0.
Condition 4 : Au point d'abscisse 2, la partie inférieure de la résultante en dents de scie doit être supérieure ou égale
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à zéro, soit FC + Fa 0, ce qui se traduit par l'équation ax-b + ex-d = DH 0, et pour x = 2 par la condition 2a-b + 2c-d = DH 0.
Condition 5 : On part de l'hypothèse que les porte-contacts mobiles 15,16 ont les mêmes caractéristiques, c'est-à-dire que dans des situations semblables, les efforts sont les mêmes et, en particulier, que :
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On obtient donc les relations suivantes :
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En portant ce résultat dans les deux équations précédentes, on obtient :
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Il est à noter que l'égalité BI = DH, pour a = b doit être écartée du fait qu'elle est contraire à la condition 1 a b.
Condition 6 : De la relation a-b-c 0, on déduit la pente c des caractéristiques des porte-contacts mobiles 15 et 16 : c a-b.
Pour une bonne fiabilité de fonctionnement, il est souhaitable d'avoir le plus grand effort aux contacts, soit le plus grand effort aux extrémités des porte-contacts mobiles 15 et 16, pour assurer notamment une bonne tenue aux chocs.
La force FF pour l'abscisse 2 est égale à FF = cx + b = 2c + b. b étant positif, on aura FF maximum pour c maximum positif, soit, selon la condition 6 : c = a-b.
On a donc FF = 2 (a-b) + b = 2a-b.
Les variations mutuelles des paramètres a, b, c, F F sont données dans le diagramme de la figure 8.
De cette figure, on peut en déduire que le levier 11 sera franchement moteur si sa pente a est bien supérieure à la pente c du porte-contact mobile F.
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En pratique, on pourra prendre une valeur c inférieure à-.
L'invention propose une solution permettant de réaliser un porte-contact mobile présentant une pente c quasiment nulle.
Tel que représenté sur la figure 9, ce porte-contact mobile se compose d'une lame de contact 30 montée pivotante à l'une de ses extrémités au moyen d'une articulation Y et mobile entre deux positions angulaires YS, YS'. Cette lame 30 est sollicitée par un ressort 31 dont le point d'attache fixe 32 est situé sur une droite D passant par l'articulation Y et perpendiculaire à la lame 30, lorsque celle-ci occupe une position médiane entre les deux positions YS, YS'.
Dans ce cas, compte tenu de la faible variation angulaire de la lame 30, la longueur du ressort 31 reste sensiblement constante et le bras de levier également. De même, les efforts transversaux FG, F'G exercés à l'extrémité de la lame 30 pour les deux positions angulaires YS, YS'sont sensiblement égaux.
L'avantage de ce type de porte-contact mobile consiste en ce qu'il permet d'éviter d'avoir à effectuer, lors de la fabrication, tout réglage d'effort en fonction de la course.
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SYMMETRIC PERCUSSION SWITCHING DEVICE USING A DEATH POINT OVERFLOW DEVICE. The present invention relates to a symmetrical percussion switching device, using a device with overshoot of neutral position.
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In general, it is known that devices which exceed dead center are commonly used in electromechanical devices such as, for example, switches or control contacts.
Thus, there have already been proposed reversing assemblies involving devices beyond the neutral point and comprising, movable in a determined plane: - a lever which carries at one of its ends, a movable contact element and which is mounted rotatable at a distance from this end about an axis perpendicular to said plane, so as to be able to pass from a first to a second angular position defining an angular sector, preferably acute, these two angular positions being defined by two stops which each consist of a fixed contact element which cooperates with the movable contact element, and
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a spring, one end of which is fixed to the lever, at a location distant from said axis, and the other end of which is associated with control means,
is movable in translation in a region of said plane external to said angular sector.
According to this structure, the neutral position is reached when the spring extends collinearly to the lever.
In the absence of friction forces, this neutral position is theoretically unstable, so that the slightest angular difference on one side (or the other) between the spring and the lever will cause the lever to tilt on this side (or the other).
It turns out that in such a device, the transverse component of the forces applied to the lever by the spring (torque) is canceled out when passing through neutral before reversing and that it remains very low in the two zones. near this point and located on either side of it.
This is a particularly important drawback, in particular in the case where the movements imposed on the spring by the above-mentioned control means are slow movements and may include downtime in said zones.
Indeed, in these zones, the contact pressure, mobile contact element / fixed contact element, will be almost zero. Consequently, the quality of the electrical contact will be frankly bad and the passage of the current will be carried out randomly according to the disturbances (for example the vibrations) with which the device is affected.
It is clear that such an operation can be detrimental to the circuits controlled by such a device and is, in most cases, unacceptable.
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The invention therefore more particularly aims to eliminate these drawbacks by dissociating the actuation function provided by the device beyond dead center from the switching function and by using, for this switching function, switch devices actuated by percussion by the device when passing neutral.
It proposes, in general, a device using a bistable device with overshoot of neutral point comprising a movable actuator between at least two positions, and a control member whose displacement causes a tilting from one position to the other of the actuator, after crossing a neutral position, and two switch devices, the actuating members of which are arranged on either side of the actuator so that each of these actuating members cooperates with said actuator in a fraction of the travel thereof, adjoining one corresponding to the two positions.
According to the invention, this device is more particularly characterized in that said actuator consists of a lever mounted to rotate about a first fixed axis so as to be able to switch between two stops defining two angular portions, and comprising at least one part capable of cooperate with said actuating members, this lever being subjected to the action of a spring, a first end of which is fixed to the lever at a location remote from said fixed axis, and a portion of which located at a distance from said end is movable under the action of said control member, the assembly comprising said lever and said spring constituting said bistable device.
Advantageously, the actuating members of these switch devices are biased by elastic means so as to exert an antagonistic force but of value less than that produced by the actuator during the above-mentioned cooperation.
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In the case where it is desired to produce an inverter assembly, the two switches will be of the normally closed type, it being understood that, depending on the position it occupies, the actuator will keep one of the switch devices open, while the other which will not be used, will be in the closed position.
Embodiments of the invention will be described below, by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a schematic representation of a reversing switch of known type using a device with overshoot of neutral position;
FIG. 2 is a diagram of the forces brought into play at the level of the rocker of the device for exceeding dead center represented in FIG. 1;
FIG. 3 schematically represents a double percussion switching device produced in accordance with the present invention;
FIG. 4 is a diagram of the forces brought into play when a force FB is applied to the spring associated with the rocker used in the device represented in FIG. 3;
Figure 5 is a diagram of the forces involved at one of the movable contact carrier used in the device shown in Figure 3;
FIG. 6 is a diagram representing the forces and the strokes at the abutment surfaces of the two movable contact carriers of the device shown in FIG. 3, during the triggering phase;
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Figure 7 is a diagram similar to that of Figure 6, but in the case of the rearming phase;
FIG. 8 is a diagram representative of the mutual variations of the parameters a, b, c and FF occurring in the diagrams represented in FIGS. 6 and 7;
Figure 9 is a schematic representation of an embodiment of a movable contact carrier biased by a spring and whose force exerted at its abutment surface has an almost zero slope.
With reference to FIG. 1, the conventional double change-over contact with neutral point overrun device consists of a movable contact carrier in the form of a lever 1 (or a blade) articulated, at the one of its ends, around an axis 0 and carrying, at its other end, a double contact pad 2.
This lever 1 can oscillate between two angular positions OX, OZ for which the double contact pad 2 comes to a limit stop on two respective fixed contact elements 3,4.
The actuation of this lever 1 is effected by means of a spring 5, one end 6 of which is connected to lever 1, and the other end of which 7 is fixed on a support at a point 8 by means of a mechanical connection 9 possibly flexible.
The displacement of the end 7 of the spring can therefore be ensured, either by a displacement, for example in translation of the support point 8, or by exerting on this end 7 a force F.
The relative arrangement of the spring 5 and the lever 1 is provided so that during the trajectory of its end 7, in one direction or the other, the spring 5
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becomes collinear with the lever and that in each of said directions, a passage through neutral is obtained beyond which the lever which was in one of the positions OX or OZ, will tilt until occupying the other position, bringing the double pad 2 in contact with the corresponding fixed contact element.
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As can be seen in FIG. 2, the force FR exerted by the spring 5 on the lever 1 can decompose into a force Fi collinear with the lever l and a force Fp perpen-
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dicular to the latter, with Fp = FR sin a, a being the angle formed by the spring 5 and the lever 1.
The contact force F C exerted at the level of the double contact pad 2 is then such that FCL2 = FpLl, L-. being the distance from the end 6 of the spring 5 to the axis of rotation 0 and L2 being the distance between the double contact pad 2 and the axis O. The expression of this contact force FC is therefore as follows:
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When under the action of a force F applied to the end 7 or of a movement bringing the support point 8 from the position shown in the location 8 ', the spring 5 is aligned with the lever l, l angle a is zero and the
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contact force FC is zero. This feature is not a problem when the movement of the end 7 of the spring is rapid.
On the other hand, in the case where this displacement depends on a slowly varying physical quantity (thermostat, thermal relays) there may be a stopping time in the vicinity of the neutral point and, consequently, a maintenance in the time of a situation in which the contact force is practically zero, which can be detrimental to the proper functioning of the associated automatisms (poor contact by almost zero force or by external vibrations).
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The solution which is the subject of the present application makes it possible to avoid this drawback.
It uses a device for exceeding dead center of the type described above and therefore involves, in a similar arrangement, a lever or rocker 11 and a spring 12, one end 13 of which can be moved, either by the application of a force FB on this end, either by displacement of the support point 14.
However, in this case, the end 11 ′ of the lever 11 does not support a contact element but cooperates with the actuating members of two switch devices arranged on either side of this end. As a result, the crossing of the neutral position by the end 13 of the spring 12 will cause, following the tilting of the lever 11, percussion of one or the other of the actuating members of the switching devices.
In the example shown in Figure 3, the switch devices each include a movable contact carrier 15,16 consisting of a blade articulated at one of its ends 17,18 and whose other end is provided with an element mobile contact 19,20 which cooperates with a fixed contact element 21,22. This end further comprises an abutment surface 23, 24 which extends in the passage of the end 11 ′ of the lever 11 and thus serves as an actuating member on which the device passing through neutral is struck to effect the separation of the movable contact element 19,20 and the fixed contact element 21,22.
Furthermore, each of the movable contact carriers 15, 16 is biased by a respective return spring 25, 26 tending to apply the movable contact element 19, 20 against the fixed contact element 21, 22 which corresponds to it. As will be seen later, this spring 25, 26 whose action is antagonistic to that of the spring 12 when the end 11 ′ of the
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lever 11 cooperates with the abutment surface 23,24 of the movable contact element 15,16 which is associated with it, serves to ensure a slight anticipation of the passage of neutral.
In this example, the tilting of the lever 11 is limited by three stops, namely: - a first fixed stop A disposed on the side of the movable contact element 15, this stop A is intended to materialize a first corresponding stable state in the rest position of the device;
in this position, the movable contact element 19 is kept spaced from the fixed contact element 21 by the action of the end 11 ′ of the lever
11 on the abutment surface 23 of the movable contact carrier 15 (the torque exerted on the lever 11 by the movable contact carrier 15 being less than that produced by the spring
12); moreover, owing to the fact that the movable contact carrier 16 is not biased by the lever 11 the movable contact element 20 is in abutment on the fixed contact element 22 under the effect of the spring 26; - A second stop A 'arranged on the side of the movable contact carrier 16 and which materializes the second stable and reversible state which corresponds to the triggered state of the device.
This is the opposite position to that shown in FIG. 3, and in which the contact elements 20 and
22 are separated, while the contact elements 19 and
21 are in support, the movable contact carrier 16 then being urged by the lever 11 whose end 11 ′ comes to bear on the abutment surface 24, the position of this abutment A is further provided so that a reversible and unstable state is obtained in which the lever 11 retains its position as long as a sufficient force FB is exerted on the end 13 of the spring 12; the use of this stop A 'corresponds in a thermal relay to the "automatic reset" mode:
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- A third stop A "located on the same side as the stop A 'but further away from the stop A, so as to be in the area where the device is no longer reversible, that is to say in which a reverse movement of the end 13 of the spring 12 will not cause a new passage from neutral and only an external intervention will return to the rest position; the use of this stop A "corresponds in a thermal relay to manual reset mode .
It should be noted that these stops can act as well on the lever 11, as is the case of the stops A, A ', A ", as on the movable contact carriers 15,16. This is the reason why there are shown stops B, B ', B "corresponding to this second case.
In view of the fact that the stops A ′ and A ″ are not used simultaneously, there is a device allowing the commissioning of one or the other of these stops.
It turns out that the action of the movable contact carriers 15, 16 and of the corresponding springs 25, 26 on the lever 11, slightly modifies the operating conditions of the neutral passage device previously described with reference to FIGS. 1 and 2 .
Thus, if there was no spring 25, the lever 11 would leave the stop A as soon as the spring 12 and the lever would be aligned.
Due to the presence of the spring 25 which acts in the direction of tilting following the passage from neutral, a slight anticipation is obtained. During this tilting, the movable contact carrier 15 accompanies the lever 11 to strike and push the movable contact carrier 16 until the movable contact element 19 comes to bear on the fixed contact element 21. At this moment, the effort produced on the
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abutment surface 24 by the action of the spring 12 is greater than that produced by the spring 26, so that the lever 11 continues its travel to the stop A'or the stop A ".
Manual or automatic resetting can only be carried out insofar as the end 13 of the spring 12 has returned or returned to its original position (that shown in FIG. 3). In the case of a thermal relay, this return can be ensured by the retraction of the bimetallic strips during the cooling phase.
Manual reset can, for its part, be effected by a displacement of the stop A "(or B") until it occupies the position of the stop A '(or B').
If there was no spring 26, automatic resetting would take place as soon as spring 12 passes along the axis of lever 11.
The advantage of the device described above consists in that it eliminates the risk of having a zero contact pressure of the mobile and fixed contact elements both on tripping and on resetting. This makes it possible to have better reliability of the control of subordinate members and thereby avoid known disturbances (micro-cuts, beats) encountered with certain conventional devices with exceeding dead center.
It turns out that this device is particularly suitable for serving as a trigger / signaling element for a thermal relay.
In this case, the deformation of the bimetallic strips of the relay gives a force FB applied to the end of the spring.
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As previously mentioned, the force FC supplied in the rest position perpendicular to the end 11 ′ of the lever 11 has the expression:
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this force canceling out when the angle a is zero, that is to say when the spring 12 is in the axis of the lever 11.
Furthermore, the force exerted by the bimetallic strips on the end 13 of the spring, the support point 14 remaining fixed, causes a displacement leading to the configuration shown in FIG. 4, in which the spring 12 makes an angle ss with respect to the right passing through the support point 14 and through its end 12 '.
The force provided by the bimetallic strips is equal to FB = FR sin p and, since the angles a and ss are assumed to be small, it can be assumed that the force FR is substantially equal to the initial force FRO (i.e. say that due to the negligible elongation of the spring 12, the force exerted axially by this spring is substantially constant and equal to the initial force FRO), and that the force / stroke diagram of FB is linear.
However, the force Fe supplied to the end 11 ′ of the lever 11 depends only on the force FR assumed to be constant and the angle assumed to be small. It can therefore be assumed that the force / stroke diagram at the end 11 "of the lever 11 is linear during the tilting.
With regard to the force FF supplied at the abutment surface 23 by the movable contact carrier 15 and its spring 25, this force which is indicated in FIG. 5, has the expression:
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in which :
13 is the distance between the attachment point 25 'of the spring 25 on the movable contact carrier 15 and the axis of rotation 17,
14 is the distance between the abutment surface 23 and the axis 17, y is the angle formed by the spring 25 and the movable contact carrier 15 (or more generally the straight line connecting the abutment surface 23 at axis 17), and F-, is the axial force exerted by spring 25.
Similarly, the force F supplied at the contact surface 24 by the movable contact carrier 16 and its spring 26 has the expression:
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in which the expressions le, 16, F2 and 6 are the counterparts of the expressions 13, 141 Fi and y. The angles y and 6 being assumed to be small, it can be assumed that for the two movable contact carriers 15, 16, the force / stroke diagrams are linear.
In view of the fact that the two movable contact carriers of the reversing assembly are actuated by the deformations of the relay bimetals caused by heating or cooling, it is preferable that the force / stroke diagrams of these movable contact carriers are symmetrical .
The force FF supplied at rest by the movable contact carrier 15 is antagonistic to that FC of the lever 11. The action of the bimetallic strips on the end 13 will, by deforming the spring 12, reduce the angle a and the force FC. To have a working
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frankly, it is necessary that as soon as FC becomes slightly lower than FF, the lever 11 can swing frankly until its second stable state. It is therefore necessary that in passing, it can provide on the abutment surface 24 a force greater than that of the resistant force provided by the spring 26 of the movable contact carrier 16 to cause the opening of the contact elements 20,22 .
For safety, this passage must be able to take place frankly outside kinetic energy, that is to say that statically, the motor force produced by the lever 11 and the movable contact carrier 15 is greater than the resistant force exerted by the stop surface 24.
To this end, the slope of the FC motor force must be much greater than that of the resistant forces exerted by the movable contact carriers.
This particularity is illustrated by the diagrams of FIGS. 6 (triggering) and 7 (rearming) on each of which is plotted on the abscissa a racing scale and on the ordinate a force scale. These two scales are in arbitrary units. These diagrams are representative of the forces and strokes at the abutment surfaces 23 and 24. For reasons of symmetry, the total stroke has been divided into three substantially equal parts.
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As can be seen in these figures, in the rest position, the force FC at the end of the lever 11 is located at a point FCR on the negative scale of the forces. The abutment surface 23 of the movable contact carrier 15 presses on the end of the lever 11 with a force equal to FF of the form FF = cx + b.
At rest, corresponding to the abscissa 0, we have FF = b.
The abscissa point 1 corresponds to the attack on the abutment surface 24 of the movable contact carrier 16 by the end 11 ′ of the lever 11.
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The abscissa point 2 corresponds to the closing of the switch device comprising the contacts 19 and 21.
The abscissa point 3 corresponds to the triggered state.
In normal operation of the thermal relay, the lever 11 is in the rest position and the spring 12 generates at its end a force FCR which has been situated at an arbitrary value on the negative ordinates lower than the ordinate of FC for the abscissa 0 after rearming. In the event of an overload causing the heating of the bimetallic strips, this force decreases, or rather becomes less negative. When it reaches the value - b, it just balances the rest force exerted by the contact carrier 16. As soon as it reaches the vicinity of the value -b, (-b +, the lever 11 changes state and the force generated at its end is, between the abscissa points 0 and 3, of the form F = ax-b. The sawtooth curve OABCDE represents the result (algebraic sum) of the forces involved at the level of abutment surfaces 23.24.
The mobile contact holder 16 which has a characteristic symmetrical to that of the mobile contact holder 15, therefore with the same slope C is represented by a straight line of the form FQ = Cx-d.
The automatic reset of the device is carried out by means of a reverse process which is illustrated in FIG. 7.
When triggered, the force at the end 11 ′ of lever 11 had reached the value FCT. After tripping, the bimetallic strips of the relay cool, which results in a reduction in the force applied to the end 13 of the spring 12 and, consequently, in a reduction in the force FCT. When this force reaches the value b, it balances the force generated at the abutment surface 24 by the spring 26. For a value of FC slightly less than b, the lever switches and returns to the position
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represented in FIG. 3. It is a symmetrical operation of the preceding symmetry which is therefore found on the diagram in FIG. 7.
The operating conditions of the device described above are then as follows, it being understood that for greater safety, the kinetic energy of the moving parts has not been taken into account.
Condition 1: At the point of abscissa 0 the force F must be positive, hence b 7 0.
Condition 2: At abscissa point 1, lever 11 must be
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motor, which means that the force FC which is of the form FC = ax-b must be positive, either FC = a-b 0 or a> b.
Condition 3: At the abscissa point 1, the lower part of the resulting sawtooth must be greater than or equal to zero, either F- + F- + Fo> to zero, or F "+ F" + F:> û, what is. translated by r <-U the equation cx + b + ax-b + cx-d = BI 0, and for x = 1, by the condition a + 2c-d = BI 0.
Condition 4: At abscissa point 2, the lower part of the sawtooth result must be greater than or equal
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at zero, i.e. FC + Fa 0, which results in the equation ax-b + ex-d = DH 0, and for x = 2 by the condition 2a-b + 2c-d = DH 0.
Condition 5: We start from the assumption that the mobile contact carriers 15, 16 have the same characteristics, that is to say that in similar situations, the forces are the same and, in particular, that:
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We therefore obtain the following relationships:
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By carrying this result in the two previous equations, we obtain:
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It should be noted that the equality BI = DH, for a = b must be discarded because it is contrary to condition 1 a b.
Condition 6: From the relation a-b-c 0, the slope c is deduced from the characteristics of the mobile contact carriers 15 and 16: c a-b.
For good operating reliability, it is desirable to have the greatest force at the contacts, ie the greatest force at the ends of the movable contact carriers 15 and 16, in particular to ensure good resistance to impacts.
The force FF for abscissa 2 is equal to FF = cx + b = 2c + b. b being positive, we will have FF maximum for c maximum positive, that is, according to condition 6: c = a-b.
So we have FF = 2 (a-b) + b = 2a-b.
The mutual variations of the parameters a, b, c, F F are given in the diagram of figure 8.
From this figure, it can be deduced that the lever 11 will be positively motor if its slope a is much greater than the slope c of the movable contact carrier F.
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In practice, we can take a value c less than-.
The invention provides a solution for making a mobile contact carrier having an almost zero slope c.
As shown in Figure 9, this movable contact carrier consists of a contact blade 30 pivotally mounted at one of its ends by means of a Y joint and movable between two angular positions YS, YS '. This blade 30 is biased by a spring 31 whose fixed attachment point 32 is located on a straight line D passing through the joint Y and perpendicular to the blade 30, when the latter occupies a middle position between the two positions YS, YS '.
In this case, given the small angular variation of the blade 30, the length of the spring 31 remains substantially constant and the lever arm also. Similarly, the transverse forces FG, F'G exerted at the end of the blade 30 for the two angular positions YS, YS 'are substantially equal.
The advantage of this type of movable contact carrier is that it makes it possible to avoid having to carry out, during manufacture, any force adjustment as a function of the stroke.